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淺析自動駕駛一定離不開的高精地圖

2022-01-24 20:26:28·  來源：智車科技  
　
對于手機(jī)中的導(dǎo)航地圖，大家一定都不陌生，幾乎每天都會用到，無論去往哪一個陌生的地方，打開手機(jī)地圖都能快速為你找到一條最方便、快捷的路。對于司機(jī)而言，導(dǎo)
對于手機(jī)中的導(dǎo)航地圖，大家一定都不陌生，幾乎每天都會用到，無論去往哪一個陌生的地方，打開手機(jī)地圖都能快速為你找到一條最方便、快捷的路。對于司機(jī)而言，導(dǎo)航地圖是至關(guān)重要的，而對于自動駕駛而言，簡單的導(dǎo)航地圖還無法滿足其需求，需要增加很多額外的語義信息。由于輸出直接給到自動駕駛算法中的決策規(guī)劃模塊，因此高精地圖中需要包含詳細(xì)的道路模型、車道模型、道路部件、道路屬性等等。可以說有了高精地圖的幫助，自動駕駛中的決策規(guī)劃算法能夠更加完整地了解周圍的環(huán)境信息，并將主要精力放在應(yīng)對周圍的車流、人流上，掌握更多信息后做出更加合理、安全的決策。本篇文章就帶領(lǐng)讀者詳細(xì)了解一下目前在自動駕駛中發(fā)揮至關(guān)重要作用的高精地圖。
什么是高精地圖
所謂高精度地圖（也稱為高精度地圖），實際上是和普通導(dǎo)航電子地圖相對而言的服務(wù)于自動駕駛系統(tǒng)的專題地圖。高精地圖也稱自動駕駛地圖、高分辨率地圖，是面向自動駕駛汽車的一種新的地圖數(shù)據(jù)范式。高精地圖絕對位置精度接近1m 相對位置精度在厘米級別，能夠達(dá)到10-20cm。
準(zhǔn)確和全面地表征道路特征，并要求更高的實時性，是高精度地圖最顯著的特征。此外，高精地圖記錄駕駛行為的具體細(xì)節(jié)，包括典型駕駛行為、最佳加速點及剎車點、路況復(fù)雜程度、以及對不同路段信號接收情況的標(biāo)注等。
高精度地圖可以分為兩個層級：靜態(tài)高精度地圖和動態(tài)高精度地圖。
靜態(tài)高精度地圖處于底層，是目前研發(fā)的重點。它一般由含有語義信息的車道模型、道路部件（Object）、道路屬性三類矢量信息，以及用于多傳感器定位的特征（feature）圖層構(gòu)成。
動態(tài)高精度地圖則建立于靜態(tài)高精度地圖的基礎(chǔ)之上，它主要包括實時動態(tài)信息，既有其他交通參與者的信息（如道路擁堵情況、施工情況、是否有交通事故、交通管制情況、天氣情況等），也有交通參與物的信息（如紅綠燈、人行橫道等）。
為什么高精地圖在自動駕駛中不可或缺
高精度地圖不僅高在其厘米級的量化程度，更高在其空間抽象層次，作為自動駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，高精度地圖相較于傳統(tǒng)的導(dǎo)航電子地圖，專注于自動駕駛場景，讓自動駕駛車輛人性化地理解不斷變化的現(xiàn)實環(huán)境，通過云端實時更新的多圖層高精度地圖數(shù)據(jù)，在自動駕駛車感知、定位、決策、規(guī)劃等模塊起到重要作用，是自動駕駛解決方案不可或缺的一環(huán)。
讓我們想象一個典型的自動駕駛場景，假設(shè)我們正在駕駛一輛車行駛在道路中，而我們前方有輛自行車正在騎行，那么對于我們而言，可以有兩個決策：跟車或者變道。對于自動駕駛車輛來說, 它做出變道決策需要知道很多具體的信息：
  • 我們當(dāng)前在哪條車道上以及當(dāng)前車道在地圖中的具體位置
  • 當(dāng)前車道是否有隔壁車道，如果沒有車道也就無法變道，只能采取本車道避障
  • 當(dāng)前車道是否允許變道，車道的類型，車道線是虛線還是實線，變道距離是否足夠長，變道后是否能夠達(dá)到終點等
可以看出，以上這些信息對于自動駕駛車輛來說至關(guān)重要，而自動駕駛的感知算法由于感知范圍、算力等等原因，無法給出如此精確及豐富的場景信息，如此情況下，高精地圖就發(fā)揮出了其不可替代的作用。
高精地圖的制作流程
講完了高精地圖的作用，接下來我們深入了解一下關(guān)于高精地圖是如何制作的。一般來說，高精地圖的制作分為以下幾個步驟：
  • 數(shù)據(jù)收集，地圖信息的采集。
  • 數(shù)據(jù)清洗/聚合。
  • 自動化識別，把地圖里的必要信息處理出來，包括車道線、紅綠燈、十字路口等等各種信息。
  • 人工檢查/標(biāo)注，現(xiàn)有的算法還做不到 100%的自動抽取，所以仍會加入人工檢查和標(biāo)注的環(huán)節(jié)。
  • 后處理和驗證，整個數(shù)據(jù)出來之后，還需要進(jìn)行后處理和驗證。處理的最終目的是保證提供的地圖信息是準(zhǔn)確的，假設(shè)一個紅綠燈位置標(biāo)錯了或者自動識別錯了，那可能會導(dǎo)致路測過程中出現(xiàn)安全隱患，所以驗證環(huán)節(jié)是很重要的部分。
  • Release（發(fā)布），驗證通過后，將會進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布（Data Release），所有數(shù)據(jù)會納入統(tǒng)一的管理中，每一版本 Release 的地圖的質(zhì)量已得到嚴(yán)格驗證。這是一個常規(guī)的發(fā)布流程。

高精地圖的未來挑戰(zhàn)
講完了高精地圖的優(yōu)勢與必要性，接下來就讓我們看看高精地圖如果真正應(yīng)用在自動駕駛中，未來所會遇到的挑戰(zhàn)及落地難點。
首先便是成本問題，高精地圖所需要具備厘米級別的精度，這也就必須圖商在采集制作高精地圖時，數(shù)據(jù)采集車或人需要配備各類傳感器（LiDAR、Cameras、GNSS/IMU），下圖便是蘋果的地圖采集車，大家可以看到上面裝了很多傳感器，顯然制造這樣一輛專為制作高精地圖的車輛成本不低。
其次便是數(shù)據(jù)量的存儲問題。高精地圖包含了大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何存儲，存儲后如何方便地分塊化使用，對于計算資源的消耗也是待解決的難點之一。這些問題能夠找到有效方法進(jìn)行解決才能推動高精地圖在自動駕駛車輛上的大量部署。
最后便是高精地圖的更新，與普通地圖的更新頻率不一樣，高精地圖中由于包含了大量的空間、時間及語義信息，更新的頻率需要大幅度縮短，否則錯誤的信息對于無人車來說將是致命的。當(dāng)然達(dá)到非常頻繁的更新頻率在現(xiàn)實生活中也是不太現(xiàn)實的，這方面還需要感知算法及算力的提升來對高精地圖的更新頻率問題進(jìn)行冗余備份。
高精地圖必然是未來自動駕駛能否真正落地的關(guān)鍵，雖然當(dāng)前有許多問題及挑戰(zhàn)亟待解決，但相信隨著技術(shù)的成熟，未來高精地圖將會在我們的自動駕駛?cè)粘３鲂兄邪l(fā)揮舉足輕重的作用。
參考資料：
[1] https://zhuanlan.zhihu.com/p/369092214
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